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論文中文名稱:以LS-DYNA探討衝擊波動態破壞機制 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Analysis of Shock Wave Dynamic Fracture Mechnaism using LS-DYNA [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:資源工程研究所
畢業學年度:100
出版年度:101
中文姓名:劉瑜恆
英文姓名:Yu-Heng Liu
研究生學號:99798001
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2012-07-30
論文頁數:89
指導教授中文名:丁原智
口試委員中文名:王泰典;李進興
中文關鍵詞:爆破衝擊波動態破壞
英文關鍵詞:BlastingShock WaveDynamic Fracturing
論文中文摘要:過去由於電腦輔助工程分析(CAE, Computer-Aided Engineering)尚未發展至成熟階段,岩石爆破之探討只能根據爆破結果推移度與破碎度以及其他與岩體破壞相關之理論做研究,對於岩石受到衝擊波(Shock wave)衝擊荷載下所產生之破壞型態以及衝擊波於岩石內傳播之特性並未有完整之解析,近年來由於電腦輔助工程分析日趨成熟,岩石之破壞也可以運用此技術進行探討。有限元分析軟體LS-DYNA程序為世界上著名的通用顯示動力分析程序,能夠模擬任何複雜的結構計算問題,特別能針對各種二維及三維非線性結構如高速碰撞及爆炸衝擊等非線性動力問題進行求解,同時亦能求解傳熱、流體以及流固耦合問題。本研究即利用ANSYS11.0作為前處理器並以LS-DYNA進行求解來建立衝擊波動態模型,探討衝擊波在岩石間的傳播規律以及岩石受到爆破加載下所產生之動態破壞行為,本研究即以PETN高爆炸藥作為爆震源,針對不同藥量的炸藥在岩石中激起的爆炸衝擊波在岩石間傳播時的衰減情形進行計算,所得之模擬結果以Von Mises破壞準則以及損傷力學之基本理論進行分析,計算岩石受衝擊波破壞後之損傷程度並確立岩石的破壞型態,建立岩石損傷與衝擊波衰減規律之關係。
論文英文摘要:Since Computer-Aided Engineering hadn’t been developed very well in the past, rock blasting could only be explored on the basis of looseness and fragmentation as well as other rock failure related theories, there were not any complete analysis of the failure caused by the impact loading of shock wave on rocks and characteristics of shock wave propagation through rocks. In recent years because CAE is getting mature, the analysis of rock failure can be done by using this techniques.Finite element analysis procedure LS-DYNA is a general explicit dynamic analysis software which is very famous in the world and is able to solve non-linear dynamic problems of two dimensional and three dimensional structures such as high speed impact and blasting, besides, it is capable of dealing with the problems of heat, fluid and fluid-solid coupling as well.In this research, ANSYS 11.0 is used as preprocessor and LS-DYNA is used to solve in order to establish a shock wave dynamic model, exploring the propagation of shock wave through the rock and dynamic failure of rocks induced by blast loading. Different charges of PETN high explosive are used to calculate the attenuation of shock wave while propagating through the rock. Results of simulation are analyzed with Von Mises failure criterion and damage mechanism theory, calculating the extent of damages after being impacted by shock wave and exploring the failure pattern of rocks so as to correlate the rock damage with shock wave attenuation.
論文目次:目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
第一章 前言 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 1
第二章 文獻回顧 2
2.1爆破之破壞機制探討 2
2.1.1 爆破過程之時間順序 3
2.1.2 爆震波破壞型態 4
2.1.3 岩石之破壞機制 6
2.1.4 炮孔中的爆破過程 7
2.2爆轟理論 8
2.3爆破理論 11
2.3.1 反射理論(應力波之反射) 11
2.3.2 氣體膨脹理論 12
2.3.3 彎折破裂理論 13
2.3.4 瑕疵理論 13
2.4爆破損傷理論 13
2.4.1 爆破損傷模型 14
2.4.2 損傷力學基本理論 15
2.5應用LS-DYNA進行爆炸分析 17
2.5.1 概述 17
2.5.2 共用節點法模擬爆炸 18
2.5.3 侵蝕接觸法(Eroding)模擬爆炸 19
2.5.4 滑動接觸法(Sliding)模擬爆炸 19
2.5.5 面面接觸法(STS)模擬爆炸 20
2.5.6 流固耦合法模擬爆炸 20
2.5.7 模擬爆炸方法的比較 21
2.6 LS-DYNA動態分析方法 24
2.6.1 Lagrange(Lag)分析方法 24
2.6.2 Euler分析方法 25
2.6.3 Aribitrary Lagrange-Eulerian(ALE)分析方法 26
2.7 Jones-Wilkins-Lee(JWL)狀態方程式 27
2.7.1 JWL狀態方程概述 27
2.7.2 圓筒試驗概述 28
2.7.3 JWL狀態方程參數計算 30
2.7.4 JWL狀態方程參數之數值模擬 31
2.7.5 JWL狀態方程應用於LS-DYNA 32
第三章 研究步驟與方法 33
3.1研究步驟 33
3.2 ANSYS介紹 34
3.3 LS-DYNA介紹 34
3.3.1 LS-DYNA發展沿革 34
3.3.2 LS-DYNA功能特點 35
3.4 LS-PREPOST介紹 38
3.5 ANSYS/LS-DYNA數值模擬分析 39
3.5.1 單元類型 40
3.5.2 岩石材料模型 41
3.5.3 炸藥材料模型及炸藥狀態方程 42
3.5.4 Arbitrary Lagrange-Eulerian(ALE)算法 43
3.5.5 無反射邊界條件(Non-reflecting boundary)43
3.5.6 映射網路劃分法 43
第四章 衝擊波傳播數值模擬結果 45
4.1衝擊波動態傳播模型 45
4.2衝擊波傳播過程 46
4.3衝擊波壓力變化 49
4.4爆轟壓力 51
第五章 衝擊波衰減規律結果與討論 52
5.1衝擊波衰減規律計算 52
5.2岩石損傷與能量衰減之關係 72
5.2.1 Von Mises破壞準則判斷材料失效 73
5.2.2 岩石損傷程度分析 74
5.3岩石破壞型態 80
第六章 結論與建議 83
6.1結論 83
6.2建議 85
參考文獻 86
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論文全文使用權限:同意授權於2017-08-23起公開